本发明专利技术提供一种荧光铜纳米簇‑碳复合催化剂及其制备方法，在可溶性铜盐溶于L‑半胱氨酸溶液中加入碳材料，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液搅拌反应，反应温度50‑60℃，反应完成后，冷冻干燥制得所述铜纳米簇‑碳复合催化剂。本发明专利技术制备的铜纳米簇‑碳复合催化剂具有强荧光、高催化效率的特点，其与过氧化氢形成的类Fenton催化降解体系不仅具备传统Fenton体系的优点，同时拓宽Fenton反应的pH范围，加快反应速率，而且成本低、材料绿色环保。
【技术实现步骤摘要】
一种荧光铜纳米簇-碳复合催化剂的制备方法
本专利技术涉及复合催化剂领域，具体涉及一种具有荧光特征的铜纳米簇-碳复合催化剂及其制备方法。
技术介绍
以亚铁催化剂/H2O2体系为代表的Fenton高级氧化技术是去除废水中难生物降解有机物污染物的常用方法，Fenton法的反应机理是利用Fe2+在酸性条件下催化H2O2产生具有强氧化性的羟基自由基，但是传统Fenton反应存在pH范围窄(pH值在2～4之间)，产生大量的含铁污泥，H2O2利用率不高，对污染物的降解效率不稳定，成本偏高等缺点，限制了其在废水中有机污染物去除中的应用。金属纳米簇是由几个到几十个金属原子(一般为金、银等)构成的相对稳定的纳米结构，其尺寸一般为几个纳米，尺寸效应与表面配体相辅相成，使这类材料具有特殊的光学性质与催化活性等“类分子性质”，亚纳米范围内具有核心尺寸的金属纳米簇的物理性质与它们的大型纳米颗粒和块状金属有显着差异。纳米簇具有取决于尺寸的独特特性，如催化、电化学特性和荧光特征，尤其是对于金和银纳米簇而言，已经受到越来越多的关注。铜由于成本低，与银和金具有相似的特性以及高导电性而被广泛使用，但与广泛研究的金纳米簇和银纳米簇相比，对铜纳米簇的研究相对有限。作为一类新型的光致发光和纳米催化材料，铜纳米簇在光致发光分析、生物探针成像和催化等各个领域越来越受到关注，可制作荧光探针用于检测细胞成像中的各种分析物，包括pH、小分子、生物分子和金属离子，在抗菌方面也有应用，对水中羰基和烯烃基团的加氢，氧的电还原和乙炔的选择性加氢具有高催化活性，此外还发现铜纳米簇具有过氧化物酶样活性，但如果应用于类Fenton体系，由于存在大量的强氧化性的羟基自由基，容易导致铜纳米簇体系的结构变化而使催化失活，缺乏稳定性，因此尚未应用于水处理中有机污染物的氧化降解。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种具有荧光特征的铜纳米簇-碳复合催化剂及其制备方法。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：一种荧光铜纳米簇-碳复合催化剂，所述催化剂为碳材料掺杂的铜纳米簇。本专利技术的目的之二在于提供一种前述荧光铜纳米簇-碳复合催化剂的制备方法，具体制备方法为：可溶性铜盐溶于L-半胱氨酸溶液中，加入碳材料粉末，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液搅拌反应，反应温度50-60℃，反应完成后，冷冻干燥制得所述铜纳米簇-碳复合催化剂。作为本专利技术进一步优化的实施方式，所述可溶性铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜的一种或几种。作为本专利技术进一步优化的实施方式，反应体系中铜离子浓度为0.1-0.3mmol/L。作为本专利技术进一步优化的实施方式，所述L-半胱氨酸溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。作为本专利技术进一步优化的实施方式，所述碳材料为生物碳、碳纳米管、碳纳米纤维或纳米碳球的一种或多种，其添加量为0.02-0.1g/L。作为本专利技术进一步优化的实施方式，所述氢氧化钠溶液的浓度为1.0mol/L，搅拌反应时间为2-8h。本专利技术的目的之三在于提供一种前述荧光铜纳米簇-碳复合催化剂的应用方法，用于催化过氧化氢生成羟基自由基。作为本专利技术进一步优化的实施方式，用于催化类Fenton反应。本专利技术的有益效果为：(1)基于模板的合成技术是用于制备铜纳米簇(CuNCs)的有效合成方法，具有不同空腔尺寸的模板可以控制金属纳米粒子的尺寸分布和核心尺寸，制备时，模板和还原剂一般是分开两种物质，模板促使形成纳米级空间结构，还原剂促使Cu2+离子还原生产Cu0和Cu+离子聚合物，本专利技术应用L-半胱氨酸(L-Cys)作为模板法兼还原剂，同步形成纳米级空间结构和促使Cu2+离子还原生产Cu0和Cu+离子聚合物，一步反应制备铜纳米簇，具有成本降低、材料绿色环保的优点。(2)在铜纳米簇中掺杂入碳材料，得到的铜纳米簇-碳催化剂稳定性强，可作为非铁复合催化剂，用于水处理中有机污染物的类Fenton氧化降解，其与过氧化氢形成的类Fenton催化降解体系不仅具备传统Fenton体系的优点，同时拓宽反应的pH范围，加快反应速率。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是所述铜纳米簇-碳复合催化剂的制备过程示意图；图2是所述铜纳米簇-碳复合催化剂催化降解有机物的机理示意图；图3是不同催化体系对氨基黑10B的降解效果；图4是不同初始pH对催化体系降解氨基黑10B的效果；图5是所述铜纳米簇-碳复合催化剂的重复使用性能。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1将2.0mmolCuSO4·7H2O溶于25mL的0.25mol/LL-Cys溶液中，再加入0.5g秸秆烧制的生物碳材料，搅拌5min后，加入0.4mL的1.0mol/LNaOH溶液，在55℃恒温水浴锅中搅拌反应4.5h，得到铜纳米簇-碳混合液，最后用冷冻干燥器干燥，得到深灰色粉末即为铜纳米簇-碳催化剂材料。实施例2摘取生物质材料，先用马弗炉在200℃碳化1h，再转移到高温管式炉中，通氮气保护下在900℃烧制1h，最后将烧好的碳研磨成粉末，干燥备用；将2.0mmolCuCl2·2H2O溶于25mL的0.25mol/LL-Cys溶液中，再加入0.5g红千层花烧制的生物碳材料，搅拌5min后，加入0.4mL的1.0mol/LNaOH溶液，在55℃恒温水浴锅中搅拌反应4.5h，得到铜纳米簇-碳混合液，最后用冷冻干燥器干燥，得到深灰色粉末即为铜纳米簇-碳催化剂材料。实施例3将2.0mmolCuSO4·7H2O溶于25mL的0.25mol/LL-Cys溶液中，再加入0.5g石墨烯碳材料，搅拌5min后，加入0.4mL的1.0mol/LNaOH溶液，在55℃恒温水浴锅中搅拌反应4.5h，得到铜纳米簇-碳混合液，最后用冷冻干燥器干燥，得到深灰色粉末即为铜纳米簇-碳催化剂材料。实施例4将2.0mmolCuSO4·7H2O溶于25mL的0.25mol/LL-Cys溶液中，再加入0.5g碳纳米纤维，搅拌5min后，加入0.4mL的1.0mol/LNaOH溶液，在55℃恒温水浴锅中搅拌反应4.5h，得到铜纳米簇-碳混合液，最后用冷冻干燥器干燥，得到深灰色粉末即为铜纳米簇-碳催化剂材料。实施例5将2.0mmolCuSO4·7H2O溶于25mL的0.25mol/LL-Cys溶液中，再加入0.5g碳纳米管，搅拌5min后，加入0.4mL的1.0mol/LNaOH溶液，在55℃恒温水浴锅中搅拌反应4.5h，得到铜纳米簇-碳混合液，最后用冷冻干燥器干燥，得到深灰色粉末即为铜纳米簇-碳催化剂材料。实验例1不同催化体系对氨基黑10B的降解效率分别以H2O2、CuNCs/本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种荧光铜纳米簇-碳复合催化剂，其特征在于，所述催化剂为碳材料掺杂的铜纳米簇。/n
【技术特征摘要】
1.一种荧光铜纳米簇-碳复合催化剂，其特征在于，所述催化剂为碳材料掺杂的铜纳米簇。
2.权利要求1所述的荧光铜纳米簇-碳复合催化剂的应用方法，其特征在于，用于催化过氧化氢生成羟基自由基。
3.根据权利要求2所述的应用方法，其特征在于，用于催化类Fenton反应。
4.权利要求1所述的荧光铜纳米簇-碳复合催化剂的制备方法，其特征在于，可溶性铜盐溶于L-半胱氨酸溶液中，加入碳材料粉末，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液搅拌反应，反应温度50-60℃，反应完成后，冷冻干燥制得所述铜纳米簇-碳复合催化剂。
5.根据权利要求4所述的一种荧光铜纳米簇-碳复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述可溶性铜盐为氯化铜、硝酸铜、...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦寿莲，温心怡，谢春生，操江飞，
申请(专利权)人：肇庆学院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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